Wat is DfAM en hoe verandert het de productie?

Een van de meest opwindende en veelbelovende aspecten van additive manufacturing (AM)-technologieën is hun potentieel om ontwerpprincipes voor productie radicaal te verstoren. Naarmate 3D-printen evolueert en overgaat van een strikt prototype naar het productieproces, geloven velen dat dit een nieuw paradigma zal inluiden voor een ontwerp dat niet gebonden is aan de ontwerpbeperkingen die gepaard gaan met meer traditionele productieprocessen.

Als je erover nadenkt, is het volkomen logisch. Tegenwoordig zijn de meest gebruikte productieprocessen afhankelijk van subtractieve methoden, wat betekent dat ze lagen wegsnijden of verwijderen uit een blok grondstof. Deze benadering, hoewel nauwkeurig en effectief voor veel toepassingen, brengt verschillende ontwerpbeperkingen met zich mee in termen van holle of complex gestructureerde onderdelen met bepaalde hoeken en uitsteeksels. Spuitgieten, hoewel zelf geen subtractieve techniek is, is grotendeels afhankelijk van subtractieve methoden om matrijzen te produceren, wat betekent dat de ontwerpen nog steeds beperkt zijn tot wat subtractieve processen, zoals CNC-bewerking, kunnen.

Als een toevoeging benadering, bouwt 3D-printen objecten laag voor laag op, wat betekent dat het in staat is om complexe interne geometrieën en structuren te construeren zolang ze worden ondersteund. Om deze nieuwe ontwerpmogelijkheden aan te pakken, werd het concept van Design for Additive Manufacturing, beter bekend als DfAM, gecreëerd. In de kern bestaat DfAM uit een reeks ontwerpmethoden die de prestaties, maakbaarheid en kosten van onderdelen voor AM-technologieën aanpakken. Hoewel ze nog in de kinderschoenen staan, creëren DfAM-tools al unieke mogelijkheden op het gebied van geoptimaliseerd onderdeelontwerp, lichtgewicht constructies en materiaalreductie.

Wat brengt DfAM op tafel?

Als we kijken naar de specifieke voordelen van DfAM, kunnen we drie belangrijke gebieden aanwijzen waar de AM-gecentreerde ontwerptools de meeste impact kunnen hebben:ontwerpvrijheid, consolidatie van onderdelen en lichtgewicht.

• Ontwerpvrijheid

Als we het hebben over 3D-printen, staat ontwerpvrijheid altijd bovenaan de lijst vanwege de voordelen ervan. En inderdaad, het is een van de belangrijkste nieuwe dingen die technologie op tafel brengt. Op basisniveau bestaat DfAM al een tijdje, waardoor makers en fabrikanten verschillende infill-snelheden en -structuren kunnen integreren om het printproces te versnellen en materiaal te besparen.

De echte voordelen van DfAM combineren deze twee dingen en voegen geoptimaliseerde prestaties toe aan de mix. De mogelijkheid om onderdelen met complexe interne geometrieën, uitgeholde interieurs en roosters te ontwerpen of te genereren, verandert het spel in de maakindustrie. Ook extern maakt DfAM het mogelijk om onderdelen of producten te maken met geheel nieuwe vormen, die met traditionele productieprocessen onmogelijk te produceren zouden zijn.

• Gedeeltelijke consolidatie

Fabrikanten in de lucht- en ruimtevaart- en auto-industrie – om er maar een paar te noemen – plukken de vruchten van additive manufacturing als het gaat om de consolidatie van onderdelen. Kortom, de productiemogelijkheden van additive manufacturing in combinatie met DfAM stellen producenten in staat om onderdeelassemblages op innovatieve manieren opnieuw te ontwerpen, waarbij meerdere componenten in één enkel onderdeel worden gecombineerd.

Ongetwijfeld een van de meest bekende voorbeelden van onderdeelconsolidatie komt van de startup Relativity Space in de ruimtevaart, die gebruikmaakte van 3D-printen en DfAM om een ​​raketmotorassemblage te consolideren van ongeveer 100.000 onderdelen tot slechts 1.000. Dankzij 3D-printen en consolidatie van onderdelen zijn de raketmotoren van Relativity aanzienlijk goedkoper en sneller te produceren geworden.

• Lichtgewicht

Als gevolg van ontwerpvrijheid en consolidatie van onderdelen vinden fabrikanten nieuwe manieren om ontwerpdoelen te bereiken, zoals het verminderen van het gewicht van onderdelen. Naarmate de DfAM-software vordert, kunnen onderdeelontwerpen zelfs worden gegenereerd op basis van prestatie-eisen, wat betekent dat componenten kunnen profiteren van het laagst mogelijke gewicht zonder afbreuk te doen aan de sterkte of structurele integriteit.

De mogelijkheid om lichtere onderdelen te ontwerpen - of het nu gaat om het integreren van gedeeltelijk holle interne geometrieën, zoals roosters, of het consolideren van meerdere onderdelen in één, of het creëren van geheel nieuwe structuren - is van cruciaal belang bij het creëren van efficiëntere machines. In voertuigen of vliegtuigen leidt gewichtsvermindering bijvoorbeeld tot een lager brandstofverbruik. Het verminderen van het materiaalgewicht kan ook leiden tot lagere materiaalkosten, wat zorgt voor een kostenvriendelijkere productie.

De staat van DfAM vandaag

Tegenwoordig zien we een toestroom van DfAM-softwareoplossingen, die generatief ontwerp, topologie-optimalisatie en andere slimme ontwerpfuncties omvatten. Softwareontwikkelaars zoals topologie, parameters, Autodesk, Altair en anderen komen met innovatieve tools waarmee fabrikanten niet alleen het ontwerp van onderdelen kunnen stroomlijnen – meer automatisering door middel van generatieve ontwerp- en simulatiemogelijkheden – maar ook de echte voordelen van additive manufacturing kunnen benutten ontwerpfase.

In dit stadium beginnen fabrikanten pas de voordelen van AM en DfAM te benutten, aangezien het een nieuw terrein is in de industriële sector. Gelukkig zijn er veel AM-experts en professionele diensten, zoals RapidDirect, die bedrijven kunnen helpen bij hun zoektocht naar additieve productie door middel van de verkenning van DfAM.

Tegenwoordig zien we een toenemend aantal succesverhalen waarbij bedrijven onderdelen herontwikkelen die oorspronkelijk waren vervaardigd met behulp van traditionele processen met behulp van DfAM en 3D-printen. In de toekomst zullen DfAM-software en additive manufacturing alleen maar breder worden toegepast.